Enseignement scientifique Terminale
Durée 1h – 10 points – Thème « Science, climat et société »
Sujet n°ENSSCI3197 et n°ENSSCI3198
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Pendant deux étés successifs, en 2023 et 2024, les températures enregistrées en Méditerranée ont atteint des niveaux records avec une température médiane quotidienne de la surface de la mer Méditerranée de 28,67 °C en 2024, proche du record de 28,71 °C mesuré en 2023.
Ces données s’inscrivent dans un constat mondial, ainsi que l’observatoire européen Copernicus l’a publié dans un rapport de septembre 2024, précisant que plus d’un cinquième de la surface océanique mondiale a connu une vague de chaleur sévère en 2023. Ce réchauffement s’explique par le fait que les océans ont absorbé depuis 1970 « plus de 90 % de l’excès de chaleur du système climatique ».
Dans cet exercice, on s’intéresse à quelques conséquences du réchauffement des eaux océaniques.
Document 1 – Le carbone océanique
Le dioxyde de carbone atmosphérique se dissout dans les océans, en suivant une série de transformations chimiques :
- Le dioxyde de carbone (CO2) se dissout dans l’eau et réagit avec elle pour former de l’acide carbonique (H2CO3) qui lui-même se dissocie pour former des ions hydrogénocarbonate (HCO3–) :
CO2 + H2O → H2CO3
H2CO3 ⇄ H+ + HCO3–
- Les ions calcium (Ca2+) de l’eau de mer peuvent réagir avec les ions hydrogénocarbonate pour former du carbonate de calcium (CaCO3), constituant principal des roches calcaires.
Ca2+ + 2 HCO3– ⇄ CaCO3 + CO2 + H2O
Document 2 – Solubilité du dioxyde de carbone à différentes températures
Pour estimer la solubilité du CO2 dans l’eau à différentes températures, on verse 150 mL d’eau dans un cristallisoir fermé hermétiquement et muni de deux sondes immergées permettant de mesurer le taux de CO2 et la température en continu.
Aux temps 𝑡1, 𝑡3 et 𝑡5, on plonge le cristallisoir dans un récipient rempli d’eau chaude.
Aux temps 𝑡2, 𝑡4 et 𝑡6 on plonge le cristallisoir dans un récipient rempli de glaçons.
Les résultats des mesures sont présentés ci-contre.
Source : Bordas SVT terminale spécialité 2012
Document 3 – Hausse des températures et montée des eaux
Le volume d’un corps est dépendant de sa température.
Ainsi, une augmentation de température des eaux océaniques entraîne une augmentation de leur volume. Ce phénomène est appelé dilatation thermique.
Il existe dans les océans une profondeur (dite thermocline) à partir de laquelle la température de l’eau reste à peu près constante. La dilatation thermique ne concerne donc que l’eau située au-dessus de cette thermocline.
Source : d’après le Livre Scolaire Terminale Enseignement Scientifique 2020
Lorsqu’un corps de volume 𝑉0 subit un changement de température ∆𝑇, on peut calculer la variation de son volume, notée ∆𝑉 grâce à la relation :
∆𝑉 = 𝛼. 𝑉0. ∆𝑇
∆𝑉 est la variation de volume du corps étudié en m3
𝛼 est le coefficient de dilatation thermique du corps en °C-1
𝑉0 est le volume initial du corps étudié en m3
∆𝑇 est la variation de température en °C
1- Expliquer en quoi l’océan constitue un puits de carbone.
L’océan est un puits de carbone car il capte le CO₂ atmosphérique, le dissout, puis le transforme en ions hydrogénocarbonate et en carbonate de calcium, qui se stockent dans les sédiments marins.
2- Décrire et interpréter les résultats de l’expérience présentée dans le document 2.
Le document 2 nous montre que lorsque la température est élevée la solubilité du CO2 dans l’eau diminue. A l’inverse, lorsque la température diminue, la solubilité du CO2 dans l’eau augmente.
Les scientifiques s’accordent à dire que le réchauffement des eaux océaniques amplifie le réchauffement climatique global par rétroaction positive.
3- Utiliser les résultats de l’expérience du document 2 et les connaissances pour expliquer ce phénomène de rétroaction positive.
Lorsque la température des océans augmente, la solubilité du CO₂ diminue, ce qui libère davantage de CO₂ dans l’atmosphère.
Cette hausse du CO₂ atmosphérique renforce l’effet de serre, ce qui augmente encore la température.
Ce phénomène qui s’autoalimente est une rétroaction positive qui amplifie le réchauffement climatique.
L’augmentation du volume de la Méditerranée par dilatation thermique est estimée à 3,4 km3 par an.
4- Retrouver cette valeur de 3,4 km3 par an par le calcul à partir des données suivantes :
Surface de la Méditerranée : 2 500 000 km2
Coefficient de dilatation thermique de l’eau : 1,0 x 10-4 °C-1
Profondeur de la thermocline en Méditerranée : 400 m
Augmentation de la température de la Méditerranée depuis 1993 : 0,034 °C/an
$$\Delta V=\alpha \times V_0 \times \Delta T$$
$$\Delta V=\alpha \times S \times P \times \Delta T$$
Remarque : on met la profondeur en km et on laisse la surface en $km^2$ pour obtenir une variation de volume en $km^3$.
$$\Delta V=1,0 \times 10^{-4} \times 2\ 500\ 000 \times 400 \times 10^{-3} \times 0,034$$
$$\Delta V=3,4\ km^3$$
5- À partir des données précédentes, déterminer par le calcul la hauteur d’eau correspondant à ce volume excédentaire de 3,4 km3.
$$\Delta V=S \times \Delta P$$
$$S \times \Delta P=\Delta V$$
$$\Delta P=\frac{\Delta V}{S}$$
$$\Delta P=\frac{3,4}{2\ 500\ 000}$$
$$\Delta P=1,36 \times 10^{-6}\ km$$
$$\Delta P=1,36 \times 10^{-3}\ m$$
$$\Delta P=1,36\ mm$$
La hausse du niveau de la mer s’élève à un rythme de 3 mm/an sur la période 1993- 2019 en Méditerranée. La dilatation thermique n’explique donc pas à elle seule l’augmentation du niveau de l’eau.
6- À partir des connaissances, recopier sur votre copie l’affirmation exacte parmi les quatre propositions suivantes :
L’augmentation du volume marin peut également s’expliquer par …
A….. la fusion des glaces continentales (calottes)
B….. la fusion des glaces de mer (banquise)
C….. la solidification des glaces continentales
D….. la solidification des glaces de mer
L’affirmation exacte est : L’augmentation du volume marin peut également s’expliquer par … A. …la fusion des glaces continentales (calottes)
7- Envisager une solution d’atténuation ou d’adaptation aux problèmes soulevés dans cet exercice.
Une solution d’atténuation serait de réduire les émissions de CO₂ en développant les énergies renouvelables, ce qui limiterait le réchauffement climatique et la libération de CO₂ par les océans.